JP2012198120A - Sensor device - Google Patents

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JP2012198120A JP2011062763A JP2011062763A JP2012198120A JP 2012198120 A JP2012198120 A JP 2012198120A JP 2011062763 A JP2011062763 A JP 2011062763A JP 2011062763 A JP2011062763 A JP 2011062763A JP 2012198120 A JP2012198120 A JP 2012198120A
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Juri Kato
樹理 加藤
Takao Miyazawa
孝雄 宮澤
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    • G01N17/02—Electrochemical measuring systems for weathering, corrosion or corrosion-protection measurement

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor device and a measuring method that are capable of more accurately measuring a change of a state associated with changes in pH of an object to be measured.SOLUTION: A sensor device 1 of the present invention has a first electrode 3 composed of a first metallic material forming a passivation film and a second electrode 4 provided apart from the first electrode 3 and composed of a second metallic material different from the first metallic material. An electric potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4 changes according to the presence or absence of the passivation film associated with changes in pH. Further, the electric potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4 is measured, and, based on the measured electric potential difference, it is detected that whether or not the pH of a site to be measured of an object (concrete structure 100) to be measured is a setting value or less.

Description

本発明は、センサー装置に関するものである。   The present invention relates to a sensor device.

センサー装置としては、例えば、コンクリート中の鉄筋の腐蝕状態を測定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
施工直後のコンクリート構造物中のコンクリートは、通常、強アルカリ性を呈する。そのため、施工直後のコンクリート構造物中の鉄筋は、その表面に不動態膜が形成されるため、安定である。しかし、施工後に酸性雨や排気ガス等の影響を受けたコンクリート構造物は、コンクリートが徐々に酸性化していくため、鉄筋が腐食することとなる。 As a sensor device, for example, a device that measures the corrosion state of a reinforcing bar in concrete is known (see, for example, Patent Document 1).
The concrete in the concrete structure immediately after construction usually exhibits strong alkalinity. Therefore, the reinforcing bars in the concrete structure immediately after construction are stable because a passive film is formed on the surface. However, in concrete structures that have been affected by acid rain or exhaust gas after construction, the concrete is gradually acidified, and the steel bars are corroded.

そこで、例えば、特許文献１に係るセンサー装置では、コンクリート構造物中の鉄筋と同種材料からなる細線をコンクリート構造物中に埋設し、腐蝕による細線の断線の有無を検知することにより、コンクリート中の鉄筋の腐蝕状況を予測する。
しかし、特許文献１に係るセンサー装置では、細線が腐蝕し始めてから断線するまでの間のコンクリート構造物中の鉄筋やコンクリートの状態（より具体的には、例えばｐＨや塩化物イオン濃度）を知ることができない。また、細線が腐蝕し始めてから断線するまでの間に、コンクリート構造物中の鉄筋の腐食が進行してしまう。そのため、コンクリート構造物中の鉄筋の腐蝕を完全には回避することができないという問題があった。 Therefore, for example, in the sensor device according to Patent Document 1, a thin wire made of the same kind of material as a reinforcing bar in a concrete structure is embedded in the concrete structure, and the presence or absence of the disconnection of the fine wire due to corrosion is detected. Predict the corrosion status of reinforcing bars.
However, the sensor device according to Patent Document 1 knows the state of reinforcing bars and concrete (more specifically, for example, pH and chloride ion concentration) in a concrete structure from when the fine wire starts to corrode until it is disconnected. I can't. In addition, the corrosion of the reinforcing bars in the concrete structure proceeds from the time when the fine wire starts to corrode until the wire breaks. Therefore, there was a problem that corrosion of the reinforcing bars in the concrete structure could not be avoided completely.

特開平１１−１５３５６８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-153568

特許文献１に係るセンサー装置では、細線が切断されたタイミングにより、コンクリート構造物中の鉄筋の腐食が始まった時期を知ることは可能である。しかし、特許文献１に係るセンサー装置では、鉄筋が施工された後、腐食が始まるまでの期間、時間の経過とともに変化する鉄筋やコンクリートの状態を把握することはできないという課題があった。
本発明の目的は、鉄筋が施工された後、腐食が始まるまでの期間、測定対象物の状態変化を測定し、得られた情報をコンクリート構造物の計画的な保全に活用することができるセンサー装置を提供することにある。 In the sensor device according to Patent Document 1, it is possible to know the time when the corrosion of the reinforcing bars in the concrete structure has started, based on the timing at which the thin wire is cut. However, in the sensor device according to Patent Document 1, there is a problem that it is not possible to grasp the state of the reinforcing bars and concrete that change with the passage of time until the corrosion starts after the reinforcing bars are constructed.
The object of the present invention is to measure the state change of a measurement object during the period from when a reinforcing bar is constructed to when corrosion starts, and to use the obtained information for the planned maintenance of concrete structures. To provide an apparatus.

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のセンサー装置は、第１の金属材料で構成された第１の電極と、
前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差を測定する機能を有する機能素子とを有し、
前記第１の金属材料は、測定部位の環境変化に伴って、表面に第１の不動態膜が形成するかまたは表面に存在した第１の不動態膜を消失する金属であり、
前記第１の不動態膜の有無により前記第１の電極と前記第２の電極との電位差が変化することを特徴とする。
このように構成されたセンサー装置によれば、第１の電極の設置環境のｐＨ変化に伴う不動態膜の有無により第１の電極と第２の電極との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
また、第１の電極の設置環境の塩化物イオン濃度変化に伴う不動態膜消失により第１の電極と第２の電極との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極および第２の電極の設置環境の塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを正確に検知することもできる。 Such an object is achieved by the present invention described below.
The sensor device of the present invention includes a first electrode composed of a first metal material,
A second electrode made of a second metal material that is provided apart from the first electrode and is different from the first metal material;
A functional element having a function of measuring a potential difference between the first electrode and the second electrode;
The first metal material is a metal in which the first passive film is formed on the surface or disappears from the first passive film existing on the surface in accordance with the environmental change of the measurement site.
The potential difference between the first electrode and the second electrode varies depending on the presence or absence of the first passive film.
According to the sensor device configured as described above, the potential difference between the first electrode and the second electrode changes sharply depending on the presence or absence of the passive film accompanying the pH change in the installation environment of the first electrode. Therefore, it is possible to accurately detect whether the pH of the installation environment of the first electrode and the second electrode is equal to or lower than the set value.
Moreover, the potential difference between the first electrode and the second electrode changes sharply due to the disappearance of the passive film accompanying the change in the chloride ion concentration in the installation environment of the first electrode. Therefore, it is possible to accurately detect whether or not the chloride ion concentration in the installation environment of the first electrode and the second electrode is equal to or lower than the set value.

本発明のセンサー装置では、前記機能素子は、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象部位のｐＨあるいは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知する機能を有することが好ましい。
これにより、第１の電極と第２の電極との電位差に基づいて、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知することができる。 In the sensor device of the present invention, the functional element detects whether the pH or chloride ion concentration of the measurement target site is equal to or lower than a set value based on a potential difference between the first electrode and the second electrode. It is preferable to have the function of
Thereby, based on the potential difference between the first electrode and the second electrode, it is possible to detect whether the pH or chloride ion concentration in the installation environment of the first electrode and the second electrode is equal to or lower than a set value. it can.

本発明のセンサー装置は、前記第２の金属材料は、測定部位の環境変化に伴って、表面に第１の不動態膜が形成するかまたは表面に存在した第２の不動態膜を消失する金属であることを特徴とする。
これにより、第２の電極の不動態膜の有無、あるいは不動態膜破壊によっても、第１の電極と第２の電極との電位差が急峻に変化する。この結果、第１の電極と第２の電極との電位差が急峻に変化する２点で、ｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否か、より正確に検知することができる。 In the sensor device of the present invention, the second metallic material forms a first passive film on the surface or disappears the second passive film existing on the surface in accordance with the environmental change of the measurement site. It is a metal.
As a result, the potential difference between the first electrode and the second electrode changes abruptly depending on the presence or absence of the passive film of the second electrode or the destruction of the passive film. As a result, at two points where the potential difference between the first electrode and the second electrode changes sharply, it is possible to more accurately detect whether the pH or chloride ion concentration is below a set value.

本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料は、測定部位のｐＨが第１のｐＨになったとき、表面に前記第１の不動態膜を形成するかまたは表面に存在した前記第１の不動態膜を消失する金属であり、
前記第２の金属材料は、測定部位のｐＨが第２のｐＨになったとき、表面に前記第２の不動態膜を形成するかまたは表面に存在した前記第２の不動態膜を消失する金属であり、
前記第１のｐＨと前記第２のｐＨとは異なることが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極が設置された環境のｐＨが第１のｐＨ以下か否かおよび第２のｐＨ以下か否かをそれぞれ正確に検知することができる。 In the sensor device of the present invention, the first metal material may form the first passive film on the surface or be present on the surface when the pH of the measurement site becomes the first pH. Is a metal that disappears the passive film of
The second metal material forms the second passive film on the surface or disappears the second passive film existing on the surface when the pH of the measurement site becomes the second pH. Metal,
It is preferable that the first pH and the second pH are different.
Thereby, it is possible to accurately detect whether the pH of the environment in which the first electrode and the second electrode are installed is lower than the first pH and lower than the second pH, respectively.

本発明のセンサー装置では、前記第１のｐＨは、８以上１０以下であり、
前記第２のｐＨは、７以下であることが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の設置環境が中性状態に近付いていることを事前に知ることができる。このようなことから、例えば、センサー装置をコンクリートの状態測定に用いた場合、コンクリート中の鉄筋の腐食防止の対策を事前に行うことができる。また、第１の電極および第２の電極の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることもできる。 In the sensor device of the present invention, the first pH is 8 or more and 10 or less,
The second pH is preferably 7 or less.
Thereby, it can know beforehand that the installation environment of the 1st electrode and the 2nd electrode is approaching a neutral state. For this reason, for example, when the sensor device is used for measuring the state of concrete, it is possible to take measures to prevent corrosion of reinforcing bars in the concrete in advance. It can also be known that the installation environment of the first electrode and the second electrode has become acidic.

本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料は、測定部位の塩化物イオン濃度が第１の塩化物イオン濃度よりも大きい環境になったとき、前記第１の不動態膜を消失する金属であり、
前記第２の金属材料は、測定部位の塩化物イオン濃度が第２の塩化物イオン濃度よりも大きい環境になったとき、前記第２の不動態膜を消失する金属であり、
前記第１の塩化物イオンと前記第２の塩化物イオン濃度とは異なることが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極が設置された環境の塩化物イオン濃度が第１の塩化物イオン濃度以下か否かおよび第２の塩化物イオン濃度以下か否かをそれぞれ正確に検知することができる。 In the sensor device of the present invention, the first metal material is a metal that disappears from the first passive film when the chloride ion concentration at the measurement site is larger than the first chloride ion concentration. And
The second metal material is a metal that disappears from the second passive film when the chloride ion concentration at the measurement site is larger than the second chloride ion concentration.
It is preferable that the first chloride ion concentration and the second chloride ion concentration are different.
Thereby, it is accurately determined whether the chloride ion concentration in the environment where the first electrode and the second electrode are installed is not more than the first chloride ion concentration and not more than the second chloride ion concentration, respectively. Can be detected.

本発明のセンサー装置では、前記第１の塩化物イオン濃度は、１．０ｋｇ／ｍ３以上１．５ｋｇ／ｍ３以下であり、前記第２の塩化物イオン濃度は、前記第１の塩化物イオン濃度よりも大きいことが好ましい。
これにより、例えば、センサー装置をコンクリートの状態測定に用いた場合、コンクリート中の鉄筋の腐食防止の対策を事前に行うことができる。 In the sensor device of the present invention, the first chloride ion concentration is 1.0 kg / m 3 or more and 1.5 kg / m 3 or less, and the second chloride ion concentration is the first chloride. It is preferable that it is larger than the ion concentration.
Thereby, for example, when the sensor device is used for measuring the state of concrete, it is possible to take measures in advance to prevent corrosion of reinforcing bars in the concrete.

本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料は、鉄または鉄系合金であることが好ましい。
鉄または鉄系合金（鉄系材料）は比較的安価で入手が容易である。また、例えば、センサー装置をコンクリート構造物の状態測定に用いた場合、第１の金属材料をコンクリート構造物中の鉄筋と同一材料とすることが可能であり、第１の金属材料を鉄筋と同一材料とすることにより、コンクリート構造物中の鉄筋の腐蝕状態を効果的に検知することができる。 In the sensor device of the present invention, it is preferable that the first metal material is iron or an iron-based alloy.
Iron or iron-based alloys (iron-based materials) are relatively inexpensive and easily available. In addition, for example, when the sensor device is used for measuring the state of a concrete structure, the first metal material can be the same as the reinforcing bar in the concrete structure, and the first metallic material is the same as the reinforcing bar. By using the material, it is possible to effectively detect the corrosion state of the reinforcing bars in the concrete structure.

本発明のセンサー装置では、前記第２の金属材料は、鉄または鉄系合金であることが好ましい。
鉄または鉄系合金（鉄系材料）は比較的安価で入手が容易である。また、例えば、センサー装置をコンクリート構造物の状態測定に用いた場合、第２の金属材料をコンクリート構造物中の鉄筋と同一材料とすること可能であり、第２の金属材料を鉄筋と同一材料とすることにより、コンクリート構造物中の鉄筋の腐蝕状態を効果的に検知することができる。 In the sensor device of the present invention, it is preferable that the second metal material is iron or an iron-based alloy.
Iron or iron-based alloys (iron-based materials) are relatively inexpensive and easily available. Also, for example, when the sensor device is used for measuring the state of a concrete structure, the second metal material can be the same material as the reinforcing bar in the concrete structure, and the second metal material can be the same material as the reinforcing bar. By doing so, it is possible to effectively detect the corrosion state of the reinforcing bars in the concrete structure.

本発明のセンサー装置では、前記第２の金属材料は、不動態膜を形成しないことが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の設置環境が強アルカリ状態から中性状態へ変化するとき、その変化を１段階で高精度に検知することができる。
本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料は、ｐＨが８以上１０以下のｐＨよりも大きい環境下で前記第１の不動態膜を形成することが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の設置環境が中性状態になってしまったことを知ることができる。このようなことから、例えば、センサー装置をコンクリートの状態測定に用いた場合、コンクリート中の鉄筋の腐食防止の対策を事前に行うことができる。 In the sensor device of the present invention, it is preferable that the second metal material does not form a passive film.
Thereby, when the installation environment of the 1st electrode and the 2nd electrode changes from a strong alkali state to a neutral state, the change can be detected with high accuracy in one step.
In the sensor device according to the aspect of the invention, it is preferable that the first metal material forms the first passive film in an environment where the pH is higher than pH of 8 or more and 10 or less.
Thereby, it can be known that the installation environment of the first electrode and the second electrode has become a neutral state. For this reason, for example, when the sensor device is used for measuring the state of concrete, it is possible to take measures to prevent corrosion of reinforcing bars in the concrete in advance.

本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料は、塩化物イオン濃度が１ｋｇ／ｍ３よりも大きい環境下で前記第１の不動態膜が消失することが好ましい。
これにより、例えば、センサー装置をコンクリートの状態測定に用いた場合、第１の電極と第２の電極との電位差に基づいて、第１の電極および第２の電極の設置環境の塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知することができる。 In the sensor device of the present invention, it is preferable that the first metal material loses the first passive film in an environment where the chloride ion concentration is higher than 1 kg / m 3 .
Thereby, for example, when the sensor device is used for measuring the state of concrete, the chloride ion concentration in the installation environment of the first electrode and the second electrode is based on the potential difference between the first electrode and the second electrode. It is possible to detect whether or not is below a set value.

本発明のセンサー装置は、前記基板と、
前記基板上に設けられ、第１の金属材料で構成された第１の電極と、
前記基板上に前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極と、
前記基板上に載置され、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差を測定する機能を有する機能素子と、
前記機能素子を覆う封止部とを有し、
前記第１の金属材料は、測定部位の環境変化に伴って、表面に第１の不動態膜が形成するかまたは表面に存在した第１の不動態膜を消失する金属であり、
前記第１の不動態膜の有無により前記第１の電極と前記第２の電極との電位差が変化することを特徴とする。
このように構成されたセンサー装置によれば、第１の電極の設置環境のｐＨ変化に伴う不動態膜の有無により第１の電極と第２の電極との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
また、第１の電極の設置環境の塩化物イオン濃度変化に伴う不動態膜破壊により第１の電極と第２の電極との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極および第２の電極の設置環境の塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを正確に検知することもできる。 The sensor device of the present invention includes the substrate,
A first electrode provided on the substrate and made of a first metal material;
A second electrode made of a second metal material different from the first metal material, the second electrode being provided apart from the first electrode on the substrate;
A functional element mounted on the substrate and having a function of measuring a potential difference between the first electrode and the second electrode;
A sealing portion that covers the functional element;
The first metal material is a metal in which the first passive film is formed on the surface or disappears from the first passive film existing on the surface in accordance with the environmental change of the measurement site.
The potential difference between the first electrode and the second electrode varies depending on the presence or absence of the first passive film.
According to the sensor device configured as described above, the potential difference between the first electrode and the second electrode changes sharply depending on the presence or absence of the passive film accompanying the pH change in the installation environment of the first electrode. Therefore, it is possible to accurately detect whether the pH of the installation environment of the first electrode and the second electrode is equal to or lower than the set value.
In addition, the potential difference between the first electrode and the second electrode changes sharply due to the passivation film breakage accompanying the change in the chloride ion concentration in the installation environment of the first electrode. Therefore, it is possible to accurately detect whether or not the chloride ion concentration in the installation environment of the first electrode and the second electrode is equal to or lower than the set value.

本発明のセンサー装置では、前記測定対象物は、コンクリートであることが好ましい。
これにより、コンクリートのｐＨ変化に伴う状態変化を検知することができる。
本発明の測定方法は、本発明のセンサー装置の前記第１の電極および前記第２の電極を測定対象物内にそれぞれ埋設し、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象物の状態を測定することを特徴とする。
このような測定方法によれば、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨ変化あるいは塩化物イオン濃度変化に伴う不動態膜の有無により第１の電極と第２の電極との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨあるいは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを正確に検知することができる。 In the sensor device of the present invention, it is preferable that the measurement object is concrete.
Thereby, the state change accompanying the pH change of concrete can be detected.
In the measuring method of the present invention, the first electrode and the second electrode of the sensor device of the present invention are respectively embedded in a measurement object,
The state of the measurement object is measured based on a potential difference between the first electrode and the second electrode.
According to such a measuring method, the potential difference between the first electrode and the second electrode depends on the presence or absence of a passive film accompanying the change in pH or chloride ion concentration in the installation environment of the first electrode and the second electrode. Changes abruptly. Therefore, it is possible to accurately detect whether the pH or chloride ion concentration in the installation environment of the first electrode and the second electrode is equal to or lower than the set value.

本発明の測定方法は、測定対象物内に、不動態膜を形成する第１の金属材料で構成された第１の電極と、前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極とをそれぞれ埋設し、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象物の状態を測定することを特徴とする。
このような測定方法によれば、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨ変化あるいは塩化物イオン濃度変化に伴う不動態膜の有無により第１の電極と第２の電極との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。 In the measurement method of the present invention, a first electrode made of a first metal material forming a passive film is provided in a measurement object, and the first electrode is separated from the first electrode. A second electrode made of a second metal material different from the first metal material,
The state of the measurement object is measured based on a potential difference between the first electrode and the second electrode.
According to such a measuring method, the potential difference between the first electrode and the second electrode depends on the presence or absence of a passive film accompanying the change in pH or chloride ion concentration in the installation environment of the first electrode and the second electrode. Changes abruptly. Therefore, it is possible to accurately detect whether the pH of the installation environment of the first electrode and the second electrode is equal to or lower than the set value.

本発明の測定方法では、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象物の前記第１の電極および前記第２の電極が埋設された部位のｐＨあるいは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知することが好ましい。
これにより、測定対象物のｐＨ変化あるいは塩化物イオン濃度変化に伴う状態変化を検知することができる。 In the measurement method of the present invention, based on the potential difference between the first electrode and the second electrode, the pH or chlorination of the measurement object at which the first electrode and the second electrode are embedded is measured. It is preferable to detect whether the physical ion concentration is equal to or lower than a set value.
Thereby, the state change accompanying the pH change or chloride ion concentration change of a measuring object is detectable.

本発明の測定方法では、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象物の品質を測定することが好ましい。
これにより、測定対象物のｐＨ変化あるいは塩化物イオン濃度変化に伴う品質変化を検知することができる。
本発明の測定方法では、前記測定対象物は、コンクリートであることが好ましい。
これにより、コンクリートのｐＨ変化あるいは塩化物イオン濃度変化に伴う状態変化を検知することができる。 In the measurement method of the present invention, it is preferable to measure the quality of the measurement object based on a potential difference between the first electrode and the second electrode.
Thereby, the quality change accompanying the pH change or chloride ion concentration change of a measuring object is detectable.
In the measurement method of the present invention, the measurement object is preferably concrete.
Thereby, the state change accompanying the pH change or chloride ion concentration change of concrete can be detected.

本発明の第１実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the use condition of the sensor apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図１に示すセンサー装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the sensor apparatus shown in FIG. 図２に示す第１の電極、第２の電極および機能素子を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the 1st electrode shown in FIG. 2, a 2nd electrode, and a functional element. 図２に示す第１の電極、第２の電極を説明するための断面図（図３中のＡ−Ａ線断面図）である。It is sectional drawing for demonstrating the 1st electrode shown in FIG. 2, and a 2nd electrode (AA sectional view taken on the line in FIG. 3). 図２に示す機能素子を説明するための断面図（図３中のＢ−Ｂ線断面図）である。It is sectional drawing for demonstrating the functional element shown in FIG. 2 (BB sectional drawing in FIG. 3). 図２に示す機能素子に備えられた差動増幅回路を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a differential amplifier circuit provided in the functional element shown in FIG. 2. （ａ）は、図２に示す第１の電極（Ｆｅ）のｐＨおよび電位と状態との関係の一例を示す図、（ｂ）は、図２に示す第２の電極（ＦｅＡｌ）のｐＨおよび電位と状態との関係の一例を示す図である。(A) is a diagram showing an example of the relationship between the pH and potential of the first electrode (Fe) shown in FIG. 2 and the state, and (b) is the pH of the second electrode (FeAl) shown in FIG. It is a figure which shows an example of the relationship between an electric potential and a state. 図１に示すセンサー装置の作用の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of an effect | action of the sensor apparatus shown in FIG. 本発明の第２実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the use condition of the sensor apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明のセンサー装置および測定方法の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図、図２は、図１に示すセンサー装置の概略構成を示すブロック図、図３は、図２に示す第１の電極、第２の電極および機能素子を説明するための平面図、図４は、図２に示す第１の電極、第２の電極を説明するための断面図（図３中のＡ−Ａ線断面図）、図５は、図２に示す機能素子を説明するための断面図（図３中のＢ−Ｂ線断面図）、図６は、図２に示す機能素子に備えられた差動増幅回路を示す回路図、図７（ａ）は、図２に示す第１の電極（Ｆｅ）のｐＨおよび電位と状態との関係の一例を示す図、図７（ｂ）は、図２に示す第２の電極（ＦｅＡｌ）のｐＨおよび電位と状態との関係の一例を示す図、図８は、図１に示すセンサー装置の作用の一例を説明するための図である。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a sensor device and a measurement method of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the present invention will be described.
1 is a diagram showing an example of a usage state of a sensor device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the sensor device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is shown in FIG. FIG. 4 is a plan view for explaining the first electrode, the second electrode, and the functional element, and FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the first electrode and the second electrode shown in FIG. 2 (A in FIG. 3). 5 is a cross-sectional view for explaining the functional element shown in FIG. 2 (cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3), and FIG. 6 is provided in the functional element shown in FIG. 7A is a circuit diagram showing the differential amplifier circuit, FIG. 7A is a diagram showing an example of the relationship between the pH and potential of the first electrode (Fe) shown in FIG. 2, and the state, and FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the relationship between the pH, potential, and state of the second electrode (FeAl) illustrated in FIG. 2, and FIG. 8 illustrates an example of the operation of the sensor device illustrated in FIG. 1. It is a diagram of the order.

なお、以下では、本発明のセンサー装置および測定方法をコンクリート構造物の品質測定に用いる場合を例に説明する。
図１に示すセンサー装置１は、コンクリート構造物１００の品質を測定するものである。
コンクリート構造物１００は、コンクリート１０１内に複数の鉄筋１０２が埋設されている。そして、センサー装置１は、コンクリート構造物１００のコンクリート１０１内の鉄筋１０２付近に埋設されている。なお、センサー装置１は、コンクリート構造物１００の打設する際に、コンクリート１０１の硬化前に鉄筋に固定して埋め込んでもよいし、打設後に硬化したコンクリート１０１に穿孔して埋め込んでもよい。 Hereinafter, a case where the sensor device and the measurement method of the present invention are used for quality measurement of a concrete structure will be described as an example.
A sensor device 1 shown in FIG. 1 measures the quality of a concrete structure 100.
The concrete structure 100 has a plurality of reinforcing bars 102 embedded in a concrete 101. The sensor device 1 is embedded in the vicinity of the reinforcing bar 102 in the concrete 101 of the concrete structure 100. Note that when the concrete structure 100 is placed, the sensor device 1 may be fixed and embedded in a reinforcing bar before the concrete 101 is hardened, or may be embedded in the concrete 101 that has been hardened after placement.

このセンサー装置１は、本体２と、その本体２の表面に露出した第１の電極３および第２の電極４とを有する。本実施形態では、第１の電極３および第２の電極４は、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。また、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、電極面がコンクリート構造物１００の外表面に平行または略平行となるように設置されている。そして、第１の電極３および第２の電極４は、ｐＨ変化に伴って、これらの間の電位差が変化するように構成されている。なお、第１の電極３および第２の電極４については、後に詳述する。
また、センサー装置１は、図２に示すように、第１の電極３および第２の電極４に電気的に接続された機能素子５１と、電源５２と、温度センサー５３と、通信用回路５４と、アンテナ５５と、発振器５６とを有し、これらが本体２内に収納されている。 The sensor device 1 includes a main body 2 and a first electrode 3 and a second electrode 4 exposed on the surface of the main body 2. In this embodiment, the 1st electrode 3 and the 2nd electrode 4 are installed so that the distance from the outer surface of the concrete structure 100 may become mutually equal. Further, the first electrode 3 and the second electrode 4 are respectively installed such that the electrode surfaces are parallel or substantially parallel to the outer surface of the concrete structure 100. And the 1st electrode 3 and the 2nd electrode 4 are comprised so that the electrical potential difference between these may change with pH change. The first electrode 3 and the second electrode 4 will be described in detail later.
As shown in FIG. 2, the sensor device 1 includes a functional element 51 electrically connected to the first electrode 3 and the second electrode 4, a power source 52, a temperature sensor 53, and a communication circuit 54. And an antenna 55 and an oscillator 56, which are housed in the main body 2.

以下、センサー装置１を構成する各部を順次説明する。
（本体）
本体２は、第１の電極３、第２の電極４および機能素子５１等を支持する機能を有する。
このような本体２は、図４および図５に示すように、第１の電極３、第２の電極４および機能素子５１を支持する基板２１を有する。なお、基板２１は、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６をも支持するが、図３〜５では、説明の便宜上、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６の図示を省略している。 Hereinafter, each part which comprises the sensor apparatus 1 is demonstrated sequentially.
(Body)
The main body 2 has a function of supporting the first electrode 3, the second electrode 4, the functional element 51, and the like.
As shown in FIGS. 4 and 5, the main body 2 has a substrate 21 that supports the first electrode 3, the second electrode 4, and the functional element 51. The substrate 21 also supports the power supply 52, the temperature sensor 53, the communication circuit 54, the antenna 55, and the oscillator 56. However, in FIGS. 3 to 5, for convenience of explanation, the power supply 52, the temperature sensor 53, and the communication circuit 54 are used. The antenna 55 and the oscillator 56 are not shown.

この基板２１は、絶縁性を有する。基板２１としては、特に限定されず、例えば、アルミナ基板、樹脂基板等を用いることができる。
この基板２１上には、例えばソルダーレジストのような絶縁性の樹脂組成物で構成された絶縁層２３が設けられている。そして、この絶縁層２３を介して基板２１上には、第１の電極３、第２の電極４および機能素子５１が実装されている。 The substrate 21 has an insulating property. The substrate 21 is not particularly limited, and for example, an alumina substrate, a resin substrate, or the like can be used.
On this substrate 21, an insulating layer 23 made of an insulating resin composition such as a solder resist is provided. Then, the first electrode 3, the second electrode 4, and the functional element 51 are mounted on the substrate 21 through the insulating layer 23.

図５に示すように、この基板２１上には、機能素子５１（集積回路チップ）が保持され、第１の電極３と第２の電極４と機能素子５１の導体部６１、６２（電極パッド）が接続されている。
この導体部６１は、第１の電極３と導体部５１６ａ、５１６ｄ、および、トランジスタ５１４ａのゲート電極とを電気的に接続している。また、導体部６２は、第２の電極４と導体部５１６ｂ、５１６ｅ、および、トランジスタ５１４ｂのゲート電極とを電気的に接続している。第１の電極３と第２の電極４は、各々、トランジスタ５１４ａ、５１４ｂのゲート電極と接続しているためフローテイング状態にある。５１５ａと５１５ｂは、集積回路の層間絶縁膜であり、２５は、集積回路の保護膜である。 As shown in FIG. 5, the functional element 51 (integrated circuit chip) is held on the substrate 21, and the first electrode 3, the second electrode 4, and the conductor portions 61 and 62 (electrode pads) of the functional element 51. ) Is connected.
The conductor portion 61 electrically connects the first electrode 3, the conductor portions 516a and 516d, and the gate electrode of the transistor 514a. The conductor 62 electrically connects the second electrode 4, the conductors 516b and 516e, and the gate electrode of the transistor 514b. Since the first electrode 3 and the second electrode 4 are connected to the gate electrodes of the transistors 514a and 514b, respectively, they are in a floating state. 515a and 515b are interlayer insulating films of the integrated circuit, and 25 is a protective film of the integrated circuit.

また、本体２は、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を収納する機能を有する。
特に、本体２は、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を液密的に収納するように構成されている。
具体的には、図４および図５に示すように、本体２は、封止部２４を有する。この封止部２４は、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を封止する機能を有する。これにより、センサー装置１を水分やコンクリートの存在下に設置した場合に、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６の劣化を防止することができる。 The main body 2 has a function of housing the functional element 51, the power source 52, the temperature sensor 53, the communication circuit 54, the antenna 55, and the oscillator 56.
In particular, the main body 2 is configured to store the functional element 51, the power source 52, the temperature sensor 53, the communication circuit 54, the antenna 55, and the oscillator 56 in a liquid-tight manner.
Specifically, as shown in FIGS. 4 and 5, the main body 2 has a sealing portion 24. The sealing unit 24 has a function of sealing the functional element 51, the power source 52, the temperature sensor 53, the communication circuit 54, the antenna 55, and the oscillator 56. Thereby, when the sensor apparatus 1 is installed in the presence of moisture or concrete, it is possible to prevent the functional element 51, the power source 52, the temperature sensor 53, the communication circuit 54, the antenna 55, and the oscillator 56 from being deteriorated.

ここで、封止部２４は、開口部２４１を有し、この開口部２４１から第１の電極３および第２の電極４を露出させつつ、第１の電極３および第２の電極４以外の各部を覆うように設けられている（図３および図４参照）。これにより、封止部２４が第１の電極３および第２の電極４以外の各部の劣化を防止しつつ、センサー装置１が測定を行うことができる。なお、開口部２４１は、第１の電極３の少なくとも一部および第２の電極４の少なくとも一部を露出するように形成されていればよい。   Here, the sealing portion 24 has an opening 241, and the first electrode 3 and the second electrode 4 are exposed from the opening 241, and the portions other than the first electrode 3 and the second electrode 4 are exposed. It is provided so as to cover each part (see FIGS. 3 and 4). Thereby, the sensor device 1 can perform the measurement while the sealing portion 24 prevents the deterioration of the respective portions other than the first electrode 3 and the second electrode 4. The opening 241 may be formed so as to expose at least a part of the first electrode 3 and at least a part of the second electrode 4.

封止部２４の構成材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、オレフィン系樹脂のような熱可塑性樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂のような熱硬化性樹脂等の各種樹脂材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、封止部２４は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。 Examples of the constituent material of the sealing portion 24 include thermoplastic resins such as acrylic resins, urethane resins, and olefin resins, epoxy resins, melamine resins, thermosetting resins such as phenol resins, and the like. Various resin materials etc. are mentioned, Among these, it can use combining 1 type (s) or 2 or more types.
In addition, the sealing part 24 should just be provided as needed, and can also be abbreviate | omitted.

（第１の電極、第２の電極）
第１の電極３および第２の電極４は、図４に示すように、それぞれ、前述した本体２の外表面上（より具体的には基板２１上）に設けられている。特に、第１の電極３および第２の電極４は、同一平面上に設けられている。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境の差が生じるのを防止することができる。 (First electrode, second electrode)
As shown in FIG. 4, each of the first electrode 3 and the second electrode 4 is provided on the outer surface of the main body 2 (more specifically, on the substrate 21). In particular, the first electrode 3 and the second electrode 4 are provided on the same plane. Therefore, it is possible to prevent the difference in installation environment between the first electrode 3 and the second electrode 4 from occurring.

また、第１の電極３および第２の電極４は、互いに電位の影響を受けない程度（例えば数ｍｍ）に離間している。
本実施形態では、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、薄膜状をなしている。また、第１の電極３および第２の電極４の平面視形状は、それぞれ、四角形をなしている。また、第１の電極３および第２の電極４は、平面視にて、互いの形状および面積が等しくなっている。 Further, the first electrode 3 and the second electrode 4 are separated to such an extent that they are not affected by the potential (for example, several mm).
In the present embodiment, each of the first electrode 3 and the second electrode 4 has a thin film shape. Moreover, the planar view shape of the 1st electrode 3 and the 2nd electrode 4 has comprised the square, respectively. Further, the first electrode 3 and the second electrode 4 have the same shape and area in plan view.

このような第１の電極３は、不動態膜を形成する第１の金属材料（以下、単に「第１の金属材料」とも言う）で構成されている。このように構成された第１の電極３は、ｐＨの変化によって不動態膜が形成されたり破壊されたりする。このような第１の電極３に不動態膜が形成された状態（消失した状態）では不活性（貴）であり、自然電位が高くなる（貴化する）。一方、第１の電極は、不動態膜が破壊された状態（消失された状態）では活性（卑）である。そのため、第１の電極３の電位は、ｐＨ変化に伴う不動態膜の有無により急峻に変化する。   Such a first electrode 3 is composed of a first metal material (hereinafter also simply referred to as “first metal material”) that forms a passive film. As for the 1st electrode 3 comprised in this way, a passive film is formed or destroyed by the change of pH. In a state where the passive film is formed on the first electrode 3 (disappeared), the first electrode 3 is inactive (noble), and the natural potential is increased (nominated). On the other hand, the first electrode is active (base) when the passive film is destroyed (disappeared). Therefore, the potential of the first electrode 3 changes sharply depending on the presence or absence of a passive film accompanying a change in pH.

第１の金属材料としては、不動態膜が形成される限り、特に限定されないが、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｚｎまたはこれらを含む合金等が挙げられる。
Ｆｅは、ｐＨが９よりも大きいときに不動態膜を形成する（図７（ａ）参照）。また、ＦｅＡｌ（Ａｌ０．８％）系炭素鋼は、ｐＨが４よりも大きいときに不動態膜を形成する（図７（ｂ）参照）。また、Ｎｉは、ｐＨが８〜１４であるときに不動態膜を形成する。また、Ｍｇは、ｐＨが１０．５よりも大きいときに不動態膜を形成する。また、Ｚｎは、ｐＨが６〜１２であるときに不動態膜を形成する。 The first metal material is not particularly limited as long as a passive film is formed, and examples thereof include Fe, Ni, Mg, Zn, and alloys containing these.
Fe forms a passive film when the pH is higher than 9 (see FIG. 7A). FeAl (Al 0.8%) carbon steel forms a passive film when the pH is higher than 4 (see FIG. 7B). Ni forms a passive film when the pH is 8-14. Mg forms a passive film when the pH is higher than 10.5. Zn forms a passive film when the pH is 6-12.

中でも、第１の金属材料は、ＦｅまたはＦｅを含む合金（Ｆｅ系合金）、すなわち鉄系材料（炭素鋼、合金鋼）であるのが好ましい。鉄系材料は安価で入手が容易である。また、本実施形態のように、センサー装置１をコンクリート構造物１００の状態測定に用いた場合、第１の金属材料をコンクリート構造物１００の鉄筋１０２と同一材料とすることが可能であり、第１の金属材料を鉄筋１０２と同一材料とすることにより、鉄筋１０２の腐蝕環境状態を効果的に検知することができる。例えば、第１の電極３がＦｅで構成されている場合、ｐＨが９以上か否かの判断ができる。   Among these, the first metal material is preferably Fe or an alloy containing Fe (Fe-based alloy), that is, an iron-based material (carbon steel, alloy steel). Iron-based materials are cheap and easy to obtain. Further, when the sensor device 1 is used for measuring the state of the concrete structure 100 as in this embodiment, the first metal material can be the same material as the reinforcing bars 102 of the concrete structure 100, and the first By making one metal material the same material as the reinforcing bar 102, the corrosion environment state of the reinforcing bar 102 can be detected effectively. For example, when the first electrode 3 is made of Fe, it can be determined whether the pH is 9 or more.

一方、第２の電極４は、第１の金属材料とは異なる第２の金属材料（以下、単に「第２の金属材料」とも言う）で構成されている。このように構成された第２の電極４は、前述したように不動態膜の有無により第１の電極３の電位が変化する際に、不導体膜の形成や破壊（消失）が無く、急激な電位の変化がない。そのため、前述したように不動態膜の有無により第１の電極３の電位が変化する際に、第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境（本実施形態ではコンクリート１０１の鉄筋１０２付近）のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。   On the other hand, the second electrode 4 is composed of a second metal material different from the first metal material (hereinafter also simply referred to as “second metal material”). The second electrode 4 configured as described above has no formation or destruction (disappearance) of the nonconductive film when the potential of the first electrode 3 changes depending on the presence or absence of the passive film, as described above, and the There is no significant potential change. Therefore, as described above, when the potential of the first electrode 3 changes depending on the presence or absence of the passive film, the potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4 changes sharply. Therefore, it is possible to accurately detect whether the pH of the installation environment of the first electrode 3 and the second electrode 4 (in the present embodiment, the vicinity of the reinforcing bar 102 of the concrete 101) is equal to or lower than the set value.

第２の金属材料としては、第１の金属材料とは異なる金属材料であり、電極として機能し得るものであれば、特に限定されず、各種金属材料を用いることができる。
また、第２の金属材料は、前述した第１の金属材料と異なる金属材料であれば、不動態膜を形成するものであってもよいし、不動態膜を形成しないものであってもよい。
第２の金属材料が不動態膜を形成するものである場合、第２の金属材料として、上述の第１の金属材料として例示した金属を挙げることができる。 The second metal material is not particularly limited as long as it is a metal material different from the first metal material and can function as an electrode, and various metal materials can be used.
Moreover, as long as the second metal material is a metal material different from the first metal material described above, a passive film may be formed, or a passive film may not be formed. .
In the case where the second metal material forms a passive film, examples of the second metal material include the metals exemplified as the first metal material.

本発明の好ましい態様においては、第１の金属材料が不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値を第１のｐＨ（第１の不動態化ｐＨ）とし、第２の金属材料が不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値を第２のｐＨ（第２の不動態化ｐＨ）としたとき、第１のｐＨおよび第２のｐＨが互いに異なる。すなわち、第１の金属材料は、第１のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成し、第２の金属材料は、第１のｐＨとは異なる第２のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成する。これにより、第１の電極３および第２の電極４が設置された環境のｐＨが第１のｐＨ以下か否かおよび第２のｐＨ以下か否かをそれぞれ正確に検知することができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the lower limit of the pH range in which the first metallic material forms a passive film is the first pH (first passive pH), and the second metallic material is passive. When the lower limit of the pH range for forming the film is the second pH (second passivating pH), the first pH and the second pH are different from each other. That is, the first metal material forms a passive film when the pH is higher than the first pH, and the second metal material is higher than the second pH different from the first pH. A passive film is formed when the pH is reached. Thereby, it is possible to accurately detect whether or not the pH of the environment in which the first electrode 3 and the second electrode 4 are installed is lower than the first pH and lower than the second pH.

この場合、第１のｐＨが８以上１０以下であり、かつ、第２のｐＨが７以下であるのが好ましい。これにより、第１のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が中性状態に近付いていることを事前に知ることができる。このようなことから、本実施形態にように、センサー装置１をコンクリート構造物１００の状態測定に用いた場合、鉄筋１０２の腐食防止の対策を事前に行うことができる。また、第２のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることもできる。   In this case, the first pH is preferably 8 or more and 10 or less, and the second pH is preferably 7 or less. Thereby, by detecting whether it is below 1st pH, it can know beforehand that the installation environment of the 1st electrode 3 and the 2nd electrode 4 is approaching a neutral state. For this reason, when the sensor device 1 is used for measuring the state of the concrete structure 100 as in the present embodiment, measures for preventing corrosion of the reinforcing bars 102 can be taken in advance. Moreover, it can also be known that the installation environment of the 1st electrode 3 and the 2nd electrode 4 has become an acidic state by detecting whether it is below 2nd pH.

また、この場合、第２の金属材料は、ＦｅまたはＦｅを含む合金（Ｆｅ系合金）、すなわち鉄系材料であるのが好ましい。鉄系材料は安価で入手が容易である。また、本実施形態のように、センサー装置１をコンクリート構造物１００の状態測定に用いた場合、第２の金属材料を鉄筋１０２と同一材料とすることが可能であり、第２の金属材料を鉄筋１０２と同一材料とすることにより、鉄筋１０２の腐蝕状態を効果的に検知することができる。   In this case, the second metal material is preferably Fe or an alloy containing Fe (Fe-based alloy), that is, an iron-based material. Iron-based materials are cheap and easy to obtain. Further, when the sensor device 1 is used for measuring the state of the concrete structure 100 as in this embodiment, the second metal material can be the same material as the reinforcing bars 102, and the second metal material can be By using the same material as the reinforcing bar 102, the corrosion state of the reinforcing bar 102 can be detected effectively.

一方、第２の金属材料が不動態膜を形成しないものである場合、第２の金属材料として、Ｐｔ、Ａｕ等を挙げることができる。第２の金属材料が不動態膜を形成しないものである場合、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が強アルカリ状態から強酸性状態へ変化するとき、その変化を１段階で高精度に検知することができる。
この場合、第１の金属材料は、３以上５以下のｐＨ、または、８以上１０以下のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成するものであるのが好ましい。３以上５以下のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることができる。また、８以上１０以下のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が酸性状態に近付いていることを事前に知ることができる。 On the other hand, when the second metal material does not form a passive film, examples of the second metal material include Pt and Au. When the second metal material does not form a passive film, when the installation environment of the first electrode 3 and the second electrode 4 changes from a strong alkali state to a strong acid state, the change is made in one step. It can be detected with high accuracy.
In this case, it is preferable that the first metal material forms a passive film when the pH becomes 3 or more and 5 or less or a pH higher than 8 or 10 and less. By detecting whether the pH is 3 or more and 5 or less, it can be known that the installation environment of the first electrode 3 and the second electrode 4 has become an acidic state. Further, by detecting whether the pH is 8 or more and 10 or less, it can be known in advance that the installation environment of the first electrode 3 and the second electrode 4 is approaching an acidic state.

本発明の他の態様によれば、第２の金属材料が不動態膜を形成するものである場合、第１の金属材料の不動態膜破壊が始まる塩化物イオン濃度下限値を第１の塩化物イオン濃度とし、第２の金属材料の不動態膜破壊が始まる塩化物イオン濃度下限値を第２の塩化物イオン濃度としたとき、第１の塩化物イオン濃度および第２の塩化物イオン濃度が互いに異なる。すなわち、第１の金属材料は、第１の塩化物イオン濃度よりも大きくなったときに不動態膜破壊が始まり、第２の金属材料は、第１の塩化物イオン濃度とは異なる第２の塩化物イオン濃度よりも大きくなったときに不動態膜の破壊が始まる。これにより、第１の電極３および第２の電極４が設置された環境の塩化物イオン濃度が第１の塩化物イオン濃度以下か否かおよび第２の塩化物イオン濃度以下か否かをそれぞれ正確に検知することができる。   According to another aspect of the present invention, when the second metal material forms a passive film, the chloride ion concentration lower limit value at which the passive film destruction of the first metal material starts is set to the first chloride. The first chloride ion concentration and the second chloride ion concentration when the lower limit value of the chloride ion concentration at which the passive film destruction of the second metal material starts is the second chloride ion concentration. Are different from each other. That is, when the first metal material becomes larger than the first chloride ion concentration, the passive film breaks down, and the second metal material has the second concentration different from the first chloride ion concentration. When the chloride ion concentration is exceeded, the passive membrane begins to break. Thereby, whether the chloride ion concentration of the environment in which the first electrode 3 and the second electrode 4 are installed is less than the first chloride ion concentration and less than the second chloride ion concentration, respectively. It can be detected accurately.

この場合、第１の塩化物イオン濃度が１．０ｋｇ／ｍ３以上１．５ｋｇ／ｍ３以下（好ましくは１．２ｋｇ/ｍ３程度）であり、かつ、第２の塩化物イオン濃度が第１の塩化物イオン濃度より大きいことが好ましい。これにより、第１の塩化物イオン濃度以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境に塩化物イオンが侵入してきているかどうかを知ることができる。例えば、第１の金属材料に、第１の塩化物イオン濃度が約１．２ｋｇ／ｍ３の炭素鋼（ＳＤ３４５）を用い、第２の金属材料に第２の塩化物イオン濃度が約２０ｋｇ／ｍ３であるＳＵＳ３０４を用いる。このように構成された第２の電極４は、塩化物イオン濃度が１．２ｋｇ／ｍ３を超えて不動態膜破壊が始まることにより第１の電極３の電位が変化する際に、不動態膜の破壊（消失）が無く、急激な電位の変化がない。そのため、不動態膜の有無により第１の電極３の電位が変化する際に、第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境（本実施形態ではコンクリート１０１の鉄筋１０２付近）の塩化物イオン濃度が設定値１．２ｋｇ／ｍ３を超えているか否かを正確に検知することができる。第２の金属材料に耐性に優れたＳＵＳ３１６やＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌを用いることもできる。 In this case, the first chloride ion concentration is 1.0 kg / m 3 or more and 1.5 kg / m 3 or less (preferably about 1.2 kg / m 3 ), and the second chloride ion concentration is the first chloride ion concentration. It is preferably greater than 1 chloride ion concentration. Thereby, it is possible to know whether or not chloride ions have entered the installation environment of the first electrode 3 and the second electrode 4 by detecting whether or not the concentration is lower than the first chloride ion concentration. For example, carbon steel (SD345) having a first chloride ion concentration of about 1.2 kg / m 3 is used for the first metal material, and a second chloride ion concentration of about 20 kg / m 2 is used for the second metal material. using the m is 3 SUS304. The second electrode 4 configured in this way is passive when the potential of the first electrode 3 changes when the chloride ion concentration exceeds 1.2 kg / m 3 and the passive film breakage starts. There is no destruction (disappearance) of the film, and there is no sudden potential change. Therefore, when the potential of the first electrode 3 changes depending on the presence or absence of the passive film, the potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4 changes sharply. Therefore, it is accurately determined whether or not the chloride ion concentration in the installation environment of the first electrode 3 and the second electrode 4 (in the present embodiment, near the reinforcing bar 102 of the concrete 101) exceeds the set value 1.2 kg / m 3. Can be detected. SUS316 and SUS329J4L, which are excellent in resistance to the second metal material, can also be used.

このようなことから、本実施形態のように、センサー装置１をコンクリート構造物１００の状態測定に用いた場合、外部からコンクリート１０１内に侵入するＣＯ２（中性化）や塩素イオンをコンクリート構造物１００中の鉄筋１０２に届く前に検知できる。従って、鉄筋１０２が腐食する前に腐食防止の対策を行うことができる。
このような第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法、金属箔の接合等により形成することができる。 For this reason, when the sensor device 1 is used for measuring the state of the concrete structure 100 as in this embodiment, CO 2 (neutralization) and chlorine ions that enter the concrete 101 from the outside are introduced into the concrete structure. It can be detected before reaching the reinforcing bar 102 in the object 100. Therefore, measures for preventing corrosion can be taken before the reinforcing bars 102 corrode.
The first electrode 3 and the second electrode 4 are formed by chemical vapor deposition (CVD) such as plasma CVD, thermal CVD, and laser CVD, vacuum vapor deposition, sputtering (low temperature sputtering), and ion plating, respectively. It can be formed by dry plating methods such as electroplating, immersion plating, electroless plating, and other wet plating methods, thermal spraying methods, sol-gel methods, MOD methods, metal foil bonding, and the like.

（機能素子）
機能素子５１は、前述した本体２の内部に埋設されている。なお、機能素子５１は、前述した本体２の基板２１に対して第１の電極３および第２の電極４とは、同一面に設けても、反対側に設けても良い。
この機能素子５１は、第１の電極３と第２の電極４との電位差を測定する機能を有する。これにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、第１の電極３および第２の電極４の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを検知することができる。 (Functional element)
The functional element 51 is embedded in the main body 2 described above. The functional element 51 may be provided on the same surface as the first electrode 3 and the second electrode 4 with respect to the substrate 21 of the main body 2 described above or on the opposite side.
The functional element 51 has a function of measuring a potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4. Thereby, based on the electric potential difference of the 1st electrode 3 and the 2nd electrode 4, it can be detected whether the pH of the installation environment of the 1st electrode 3 and the 2nd electrode 4 is below a setting value. .

また、機能素子５１は、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象物であるコンクリート構造物１００の測定対象部位のｐＨが設定値以下か否かを検知する機能をも有する。これにより、コンクリート構造物１００のｐＨ変化に伴う状態変化を検知することができる。
このような機能素子５１は、例えば、集積回路である。より具体的には、機能素子５１は、例えば、ＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）であり、図２に示すように、ＣＰＵ５１１と、Ａ／Ｄ変換回路５１２と、差動増幅回路５１４とを有する。 Moreover, the functional element 51 detects whether or not the pH of the measurement target portion of the concrete structure 100 that is the measurement target is equal to or lower than the set value based on the potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4. It also has a function. Thereby, the state change accompanying the pH change of the concrete structure 100 is detectable.
Such a functional element 51 is, for example, an integrated circuit. More specifically, the functional element 51 is, for example, an MCU (micro control unit), and includes a CPU 511, an A / D conversion circuit 512, and a differential amplifier circuit 514 as shown in FIG.

より具体的に説明すると、機能素子５１は、図５に示すように、基板５１３と、基板５１３上に設けられた複数のトランジスタ５１４ａ、５１４ｂ、５１４ｃと、トランジスタ５１４ａ、５１４ｂ、５１４ｃを覆う層間絶縁膜５１５ａ、５１５ｂと、配線および導体ポストを構成する導体部５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃ、５１６ｄ、５１６ｅ、５１５ｆと、保護膜２５と、電極パッドを構成する導体部６１、６２とを有する。   More specifically, as shown in FIG. 5, the functional element 51 includes a substrate 513, a plurality of transistors 514a, 514b, and 514c provided on the substrate 513, and an interlayer insulation covering the transistors 514a, 514b and 514c. Films 515a and 515b, conductor portions 516a, 516b, 516c, 516d, 516e, and 515f that constitute wiring and conductor posts, a protective film 25, and conductor portions 61 and 62 that constitute electrode pads are included.

基板５１３は、例えばＳＯＩ基板であり、ＣＰＵ５１１およびＡ／Ｄ変換回路５１２が形成されている。基板５１３としてＳＯＩ基板を用いることにより、トランジスタ５１４ａ〜５１４ｃをＳＯＩ型ＭＯＳＦＥＴとすることができる。
複数のトランジスタ５１４ａ、５１４ｂ、５１４ｃは、それぞれ例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、差動増幅回路５１４の一部を構成するものである。 The substrate 513 is, for example, an SOI substrate, on which a CPU 511 and an A / D conversion circuit 512 are formed. By using an SOI substrate as the substrate 513, the transistors 514a to 514c can be SOI MOSFETs.
Each of the plurality of transistors 514a, 514b, and 514c is, for example, a field effect transistor (FET), and constitutes a part of the differential amplifier circuit 514.

差動増幅回路５１４は、図６に示すように、３つのトランジスタ５１４ａ〜５１４ｃと、カレントミラー回路５１４ｄとで構成されている。
導体部５１６ａは、その一端がトランジスタ５１４ａのゲート電極に接続され、他端が前述した導体部５１６ｄに接続されている。導体部５１６ｄは、導体部６１を介して第１の電極３に電気的に接続されている。これにより、トランジスタ５１４ａのゲート電極と第１の電極３とが電気的に接続されている。そのため、第１の電極３の電位の変化に応じて、トランジスタ５１４ａのドレイン電流が変化する。 As shown in FIG. 6, the differential amplifier circuit 514 includes three transistors 514a to 514c and a current mirror circuit 514d.
One end of the conductor portion 516a is connected to the gate electrode of the transistor 514a, and the other end is connected to the above-described conductor portion 516d. The conductor portion 516d is electrically connected to the first electrode 3 through the conductor portion 61. Thus, the gate electrode of the transistor 514a and the first electrode 3 are electrically connected. Therefore, the drain current of the transistor 514a changes in accordance with the change in the potential of the first electrode 3.

同様に、導体部５１６ｂは、その一端がトランジスタ５１４ｂのゲート電極に接続され、他端が前述した導体部５１６ｅに接続されている。導体部５１６ｅは、導体部６２を介して第２の電極４に電気的に接続されている。これにより、トランジスタ５１４ｂのゲート電極と第１の電極４とが電気的に接続されている。そのため、第２の電極４の電位の変化に応じて、トランジスタ５１４ｂのドレイン電流が変化する。   Similarly, the conductor portion 516b has one end connected to the gate electrode of the transistor 514b and the other end connected to the above-described conductor portion 516e. The conductor portion 516e is electrically connected to the second electrode 4 through the conductor portion 62. Accordingly, the gate electrode of the transistor 514b and the first electrode 4 are electrically connected. Therefore, the drain current of the transistor 514b changes in accordance with the change in the potential of the second electrode 4.

また、導体部５１６ｃは、その一端がトランジスタ５１４ｃのゲート電極に接続され、他端が前述した導体部５１６ｆに接続されている。
また、機能素子５１は、電源５２からの通電により作動する。電源５２は、機能素子５１を動作可能な電力を供給できるものであれば、特に限定されず、例えば、ボタン型電池のような電池であってもよいし、圧電素子のような発電機能を有する素子を用いた電源であってもよい。 The conductor portion 516c has one end connected to the gate electrode of the transistor 514c and the other end connected to the above-described conductor portion 516f.
The functional element 51 is activated by energization from the power source 52. The power source 52 is not particularly limited as long as it can supply power capable of operating the functional element 51. For example, the power source 52 may be a battery such as a button-type battery or has a power generation function such as a piezoelectric element. It may be a power source using an element.

また、機能素子５１は、温度センサー５３の検知温度情報を取得し得るように構成されている。これにより、測定部位の温度に関する情報も得ることができる。このような温度に関する情報を用いることにより、測定部位の状態をより正確に測定したり、測定部位の変化を高精度に予想したりすることができる。
温度センサー５３は、測定対象物であるコンクリート構造物１００の測定部位の温度を検知する機能を有する。このような温度センサー５３としては、特に限定されず、例えば、サーミスター、熱電対等の公知の様々な種類の温度センサーを用いることができる。 The functional element 51 is configured to be able to acquire temperature information detected by the temperature sensor 53. Thereby, the information regarding the temperature of a measurement site | part can also be obtained. By using such temperature-related information, the state of the measurement site can be measured more accurately, or a change in the measurement site can be predicted with high accuracy.
The temperature sensor 53 has a function of detecting the temperature of the measurement site of the concrete structure 100 that is a measurement object. Such temperature sensor 53 is not particularly limited, and various types of known temperature sensors such as a thermistor and a thermocouple can be used, for example.

また、機能素子５１は、通信用回路５４を駆動制御する機能をも有する。例えば、機能素子５１は、第１の電極３と第２の電極４との電位差に関する情報（以下、単に「電位差情報」ともいう）と、測定部位のｐＨが設定値以下か否かに関する情報（以下、単に「ｐＨ情報」ともいう）とをそれぞれ通信用回路５４に入力する。また、機能素子５１は、温度センサー５３によって検知された温度に関する情報（以下、単に「温度情報」ともいう）も併せて通信用回路５４に入力する。   The functional element 51 also has a function of driving and controlling the communication circuit 54. For example, the functional element 51 includes information on the potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4 (hereinafter also simply referred to as “potential difference information”) and information on whether the pH of the measurement site is equal to or lower than a set value ( Hereinafter, it is also simply referred to as “pH information”) to the communication circuit 54. The functional element 51 also inputs information related to the temperature detected by the temperature sensor 53 (hereinafter also simply referred to as “temperature information”) to the communication circuit 54.

通信用回路５４は、アンテナ５５に給電する機能（送信機能）を有する。これにより、通信用回路５４は、入力された情報をアンテナ５５を介して無線送信することができる。送信された情報は、コンクリート構造物１００の外部に設けられた受信機（リーダー）で受信される。
この通信用回路５４は、例えば、電磁波を送信するための送信回路、信号を変調する機能を有する変調回路等を有する。なお、通信用回路５４は、信号の周波数を小さく変換する機能を有するダウンコンバータ回路、信号の周波数を大きく変換する機能を有するアップコンバータ回路、信号を増幅する機能を有する増幅回路、電磁波を受信するための受信回路、信号を復調する機能を有する復調回路等を有していてもよい。 The communication circuit 54 has a function of supplying power to the antenna 55 (transmission function). Thereby, the communication circuit 54 can wirelessly transmit the input information via the antenna 55. The transmitted information is received by a receiver (reader) provided outside the concrete structure 100.
The communication circuit 54 includes, for example, a transmission circuit for transmitting electromagnetic waves, a modulation circuit having a function of modulating a signal, and the like. Note that the communication circuit 54 receives a down-converter circuit having a function of converting a signal frequency to a low level, an up-converter circuit having a function of converting a signal frequency to a large level, an amplifier circuit having a function of amplifying a signal, and electromagnetic waves. And a demodulator circuit having a function of demodulating a signal.

また、アンテナ５５は、特に限定されないが、例えば、金属材料、カーボン等で構成され、巻線、薄膜等の形態をなす。
また、機能素子５１は、発振器５６からのクロック信号を取得し得るように構成されている。これにより、各回路の同期をとったり、各種情報に時刻情報を付加したりすることができる。 The antenna 55 is not particularly limited, but is made of, for example, a metal material, carbon or the like, and has a form such as a winding or a thin film.
Further, the functional element 51 is configured to be able to acquire a clock signal from the oscillator 56. Thereby, each circuit can be synchronized and time information can be added to various information.

発振器５６は、特に限定されないが、例えば、水晶振動子を利用した発振回路で構成されている。
以上説明したように構成されたセンサー装置１を用いた測定方法（本発明の測定方法の一例）は、第１の電極３および第２の電極４を測定対象物であるコンクリート構造物１００内にそれぞれ埋設し、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、コンクリート構造物１００の状態を測定する。 The oscillator 56 is not particularly limited. For example, the oscillator 56 includes an oscillation circuit using a crystal resonator.
In the measurement method using the sensor device 1 configured as described above (an example of the measurement method of the present invention), the first electrode 3 and the second electrode 4 are placed in the concrete structure 100 as the measurement object. Each of them is buried, and the state of the concrete structure 100 is measured based on the potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4.

以下、第１の電極３がＦｅで構成され、第２の電極４がＦｅＡｌで構成されている場合を一例として、センサー装置１の作用を説明する。
打設直後のコンクリート構造物１００において、通常、適切に打設されていれば、コンクリート１０１は強アルカリ性を呈する。そのため、このとき、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、安定な不動態膜を形成する。すなわち、図８（ａ）に示すように、第１の電極３は、その表面に不動態膜３１が形成され、第２の電極４は、その表面に不動態膜４１が形成される。これにより、第１の電極３および第２の電極４の自然電位がそれぞれ上がっている（貴化している）。その結果、コンクリートの打設直後における第１の電極３と第２の電極４との電位差は小さくなる。 Hereinafter, the operation of the sensor device 1 will be described by taking as an example the case where the first electrode 3 is made of Fe and the second electrode 4 is made of FeAl.
In the concrete structure 100 immediately after placing, the concrete 101 exhibits strong alkalinity if it is properly placed. Therefore, at this time, as shown in FIGS. 7A and 7B, each of the first electrode 3 and the second electrode 4 forms a stable passive film. That is, as shown in FIG. 8A, the first electrode 3 has a passive film 31 formed on the surface thereof, and the second electrode 4 has a passive film 41 formed on the surface thereof. As a result, the natural potentials of the first electrode 3 and the second electrode 4 are increased (nominated). As a result, the potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4 immediately after the concrete is placed becomes small.

その後、コンクリート構造物１００は、二酸化炭素、酸性雨、排気ガス等の影響により、コンクリート１０１のｐＨが徐々に酸性側に変化していく。
そして、コンクリート１０１のｐＨが９程度にまで下がると、図８（ｂ）に示すように、第２の電極４は、その不動態膜４１が安定であり、自然電位の変化が少ないものの、第１の電極３は、その不動態膜が崩壊し始め、自然電位が下がる（卑化する）。これにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差が大きくなる。 Thereafter, in the concrete structure 100, the pH of the concrete 101 gradually changes to the acidic side due to the influence of carbon dioxide, acid rain, exhaust gas, and the like.
Then, when the pH of the concrete 101 is lowered to about 9, as shown in FIG. 8B, the second electrode 4 has a stable passive film 41 and a small change in natural potential. In the first electrode 3, the passive film starts to collapse, and the natural potential decreases (decays). Thereby, the potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4 is increased.

また、コンクリート１０１のｐＨが４程度まで下がると、図８（ｃ）に示すように、第２の電極４も、その不動態膜が崩壊し始め、自然電位が下がる。このとき、第１の電極３および第２の電極４は、ともに自然電位が下がっているので、第１の電極３と第２の電極４との電位差は、再び小さくなる。なお、このとき、第１の電極３および第２の電極４の腐蝕がそれぞれ進む。   Further, when the pH of the concrete 101 is lowered to about 4, as shown in FIG. 8C, the passive film of the second electrode 4 starts to collapse, and the natural potential is lowered. At this time, since the natural potential of both the first electrode 3 and the second electrode 4 is lowered, the potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4 becomes smaller again. At this time, the corrosion of the first electrode 3 and the second electrode 4 proceeds respectively.

このように、ｐＨが９程度となるタイミングと、ｐＨが４程度となるタイミングとの２つのタイミングで、第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、測定部位のｐＨが９程度となったこと、および、測定部位のｐＨが４程度となったことをそれぞれ高精度に検知することができる。
このような検知結果を利用することにより、コンクリート構造物１００の打設後の品質の経時変化をモニタリングすることができる。そのため、鉄筋１０２が腐蝕する前に、コンクリート１０１の劣化（中性化や塩分侵入）を把握することができる。これにより、鉄筋１０２が腐食する前に、コンクリート構造物１００に塗装や防腐剤混入モルタル等による補修工事を行うことが可能となる。 As described above, the potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4 changes steeply at two timings, i.e., when the pH is about 9 and when the pH is about 4. Therefore, it can be detected with high accuracy that the pH of the measurement site is about 9 and the pH of the measurement site is about 4.
By using such a detection result, it is possible to monitor a change with time in quality after placing the concrete structure 100. Therefore, deterioration (neutralization and salt intrusion) of the concrete 101 can be grasped before the reinforcing bars 102 are corroded. Thereby, before the reinforcing bar 102 corrodes, the concrete structure 100 can be repaired by painting, preservative-mixed mortar, or the like.

また、コンクリート構造物１００の打設時に異常があった否かを判断することもできる。そのため、コンクリート構造物１００の初期トラブルを防止し、コンクリート構造物１００の品質を向上させることができる。
以上説明したように第１実施形態のセンサー装置１およびこれを用いた測定方法によれば、第１の電極３および第２の電極４の設置環境（すなわちコンクリート１０１）のｐＨ変化に伴う不動態膜の有無により第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。 It can also be determined whether or not there was an abnormality when placing the concrete structure 100. Therefore, the initial trouble of the concrete structure 100 can be prevented and the quality of the concrete structure 100 can be improved.
As described above, according to the sensor device 1 of the first embodiment and the measurement method using the same, the passive state accompanying the pH change of the installation environment of the first electrode 3 and the second electrode 4 (that is, the concrete 101). The potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4 changes sharply depending on the presence or absence of a film. Therefore, it is possible to accurately detect whether the pH of the installation environment of the first electrode 3 and the second electrode 4 is equal to or lower than a set value.

また、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象物であるコンクリート構造物１００の第１の電極３および第２の電極４が埋設された部位のｐＨが設定値以下か否かを検知することができる。また、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象物であるコンクリート構造物１００の品質を測定することができる。これにより、コンクリート構造物１００のｐＨ変化に伴う状態変化を検知することができる。
また、第１の電極３および第２の電極４の設置環境の塩化物イオン濃度変化に伴う不動態膜破壊（消失）により第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境の塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを正確に検知することができる。 Further, based on the potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4, the pH of the portion where the first electrode 3 and the second electrode 4 of the concrete structure 100 as the measurement object are embedded is set. It is possible to detect whether the value is less than or equal to the value. Further, based on the potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4, the quality of the concrete structure 100 that is a measurement object can be measured. Thereby, the state change accompanying the pH change of the concrete structure 100 is detectable.
In addition, the potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4 changes sharply due to the passivation film destruction (disappearance) accompanying the change in chloride ion concentration in the installation environment of the first electrode 3 and the second electrode 4. To do. Therefore, it is possible to accurately detect whether or not the chloride ion concentration in the installation environment of the first electrode 3 and the second electrode 4 is equal to or lower than a set value.

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図９は、本発明の第２実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図である。
以下、第２実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態のセンサー装置は、第１の電極および第２の電極の平面視形状および数が異なる以外は、第１実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。 Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a usage state of the sensor device according to the second embodiment of the present invention.
Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The sensor device of the second embodiment is substantially the same as the sensor device of the first embodiment, except that the shape and number of the first electrode and the second electrode in plan view are different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above.

本実施形態のセンサー装置１Ａは、本体２Ａと、その本体２Ａの表面に露出した複数の第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび複数の第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃとを有する。
本実施形態では、第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃは、互いに離間して設けられている。また、第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃは、それぞれ、電極面がコンクリート構造物１００の外表面に対して垂直または略垂直となるように設置されている。 The sensor device 1A of the present embodiment includes a main body 2A, and a plurality of first electrodes 3a, 3b, 3c and a plurality of second electrodes 4a, 4b, 4c exposed on the surface of the main body 2A.
In the present embodiment, the first electrodes 3a, 3b, 3c and the second electrodes 4a, 4b, 4c are provided apart from each other. The first electrodes 3 a, 3 b, 3 c and the second electrodes 4 a, 4 b, 4 c are installed such that the electrode surfaces are perpendicular or substantially perpendicular to the outer surface of the concrete structure 100. .

また、複数の第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃは、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに異なる。具体的には、コンクリート構造物１００の外表面側から内側へ、複数の第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃがこの順に並んで設けられている。
同様に、複数の第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃは、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに異なる。具体的には、コンクリート構造物１００の外表面側から内側へ、複数の第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃがこの順に並んで設けられている。 The plurality of first electrodes 3 a, 3 b, 3 c are different from each other in distance from the outer surface of the concrete structure 100. Specifically, a plurality of first electrodes 3a, 3b, 3c are provided in this order from the outer surface side of the concrete structure 100 to the inside.
Similarly, the plurality of second electrodes 4 a, 4 b, 4 c have different distances from the outer surface of the concrete structure 100. Specifically, a plurality of second electrodes 4a, 4b, and 4c are provided in this order from the outer surface side of the concrete structure 100 to the inside.

さらに、第１の電極３ａおよび第２の電極４ａは、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。また、第１の電極３ｂおよび第２の電極４ｂは、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。第１の電極３ｃおよび第２の電極４ｃは、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。   Furthermore, the first electrode 3a and the second electrode 4a are installed such that the distances from the outer surface of the concrete structure 100 are equal to each other. The first electrode 3b and the second electrode 4b are installed so that the distances from the outer surface of the concrete structure 100 are equal to each other. The 1st electrode 3c and the 2nd electrode 4c are installed so that the distance from the outer surface of the concrete structure 100 may become mutually equal.

このような第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃでは、第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃが、それぞれ、第１の金属材料で構成され、第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃが、それぞれ、第２の金属材料で構成されている。そして、第１の電極３ａと第２の電極４ａとが対をなし、第１の電極３ｂと第２の電極４ｂとが対をなし、第１の電極３ｃと第２の電極４ｃとが対をなす。   In the first electrodes 3a, 3b, and 3c and the second electrodes 4a, 4b, and 4c, the first electrodes 3a, 3b, and 3c are each made of a first metal material, and the second electrode Each of 4a, 4b, and 4c is made of a second metal material. The first electrode 3a and the second electrode 4a make a pair, the first electrode 3b and the second electrode 4b make a pair, and the first electrode 3c and the second electrode 4c make a pair. Make.

本実施形態では、センサー装置１Ａは、第１の電極３ａと第２の電極４ａとの電位差、第１の電極３ｂと第２の電極４ｂとの電位差、および、第１の電極３ｃと第２の電極４ｃとの電位差をそれぞれ図示しない機能素子により測定することができるように構成されている。
このような第２実施形態に係るセンサー装置１Ａによれば、第１の電極３ａおよび第２の電極４ａの設置環境、第１の電極３ｂおよび第２の電極４ｂの設置環境、および、第１の電極３ｃおよび第２の電極４ｃの設置環境のｐＨがそれぞれ設定値以下か否かを正確に検知することができる。電位差をそれぞれ測定し、そのため、第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃの設置環境のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。すなわち、コンクリート構造物１００の外表面からの深さが異なる位置でのｐＨがそれぞれ設定値以下か否かを正確に検知することができる。これにより、コンクリート１０１のｐＨが酸性側に変化する速度を知ることができる。そのため、コンクリート構造物１００の中性化（や塩害）の深さ方向への侵入予測を効果的に行うことができる。
以上、本発明のセンサー装置および測定方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。 In the present embodiment, the sensor device 1A includes a potential difference between the first electrode 3a and the second electrode 4a, a potential difference between the first electrode 3b and the second electrode 4b, and the first electrode 3c and the second electrode 4b. The potential difference from the other electrode 4c can be measured by a functional element (not shown).
According to such a sensor device 1A according to the second embodiment, the installation environment of the first electrode 3a and the second electrode 4a, the installation environment of the first electrode 3b and the second electrode 4b, and the first It is possible to accurately detect whether or not the pH of the installation environment of the first electrode 3c and the second electrode 4c is less than or equal to the set value. Each potential difference is measured, so that it is possible to accurately detect whether the pH of the installation environment of the first electrodes 3a, 3b, 3c and the second electrodes 4a, 4b, 4c is equal to or lower than a set value. That is, it is possible to accurately detect whether the pH at a position where the depth from the outer surface of the concrete structure 100 is different is a set value or less. Thereby, it is possible to know the speed at which the pH of the concrete 101 changes to the acidic side. Therefore, the penetration | invasion prediction to the depth direction of neutralization (or salt damage) of the concrete structure 100 can be performed effectively.
As mentioned above, although the sensor apparatus and the measuring method of this invention were demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to this.

例えば、本発明のセンサー装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。また、例えば、本発明の測定方法では、任意の目的の工程が１または２以上追加されてもよい。
また、前述した実施形態では第１の電極および第２の電極がそれぞれ基板上に設けられた場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、第１の電極および第２の電極は、例えば、センサー装置の本体の封止樹脂で構成された部分の外表面上に設けてもよい。 For example, in the sensor device of the present invention, the configuration of each part can be replaced with any configuration that exhibits the same function, and any configuration can be added. In addition, for example, in the measurement method of the present invention, one or two or more optional steps may be added.
In the above-described embodiment, the case where the first electrode and the second electrode are provided on the substrate has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the first electrode and the second electrode are For example, you may provide on the outer surface of the part comprised with the sealing resin of the main body of a sensor apparatus.

また、前述した実施形態では第１の電極および第２の電極がそれぞれ薄膜状をなす場合を例に説明したが、これに限定されず、第１の電極および第２の電極の形状は、それぞれ、例えば、ブロック状、線状等をなしていてもよい。また、前述した実施形態では第１の電極および第２の電極をそれぞれセンサー装置の本体の外表面に沿って設けているが、第１の電極および第２の電極をそれぞれセンサー装置の本体の外表面から突出させてもよい。また、第１の電極および第２の電極の設置位置、大きさ（大小関係）等についても、前述したような測定が可能であれば、前述した実施形態に限定されず、任意である。   In the above-described embodiment, the case where the first electrode and the second electrode are each in the form of a thin film has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the shapes of the first electrode and the second electrode are respectively For example, it may have a block shape, a line shape, or the like. In the above-described embodiment, the first electrode and the second electrode are provided along the outer surface of the main body of the sensor device, respectively. However, the first electrode and the second electrode are respectively provided on the outer side of the main body of the sensor device. You may make it protrude from the surface. Further, the installation positions and sizes (magnitude relations) of the first electrode and the second electrode are not limited to the above-described embodiment and may be arbitrary as long as the above-described measurement is possible.

また、前述した実施形態では機能素子がＣＰＵ、Ａ／Ｄ変換回路および差動増幅回路を有する場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、機能素子には、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種駆動回路等の他の回路が組み込まれていてもよい。
また、前述した実施形態では第１の電極と第２の電極との電位差に関する情報をアクティブタグ通信により無線送信によりセンサー装置外部へ送信する場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、パッシブタグ通信を用いて情報をセンサー装置の外部へ送信してもよいし、有線により情報をセンサー装置の外部へ送信してもよい。 In the above-described embodiment, the case where the functional element includes a CPU, an A / D conversion circuit, and a differential amplifier circuit has been described as an example. However, the functional element is not limited thereto. Other circuits such as a drive circuit may be incorporated.
In the above-described embodiment, the case where the information about the potential difference between the first electrode and the second electrode is transmitted to the outside of the sensor device by wireless transmission using active tag communication has been described as an example. Information may be transmitted to the outside of the sensor device using passive tag communication, or information may be transmitted to the outside of the sensor device by wire.

また、前述した実施形態では機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を本体２内に収納し、これらを第１の電極３および第２の電極４とともに測定対処物であるコンクリート構造物１００内に埋設する場合を例に説明したが、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を測定対象物の外部に設けてもよい。   In the above-described embodiment, the functional element 51, the power source 52, the temperature sensor 53, the communication circuit 54, the antenna 55 and the oscillator 56 are accommodated in the main body 2, and these are combined with the first electrode 3 and the second electrode 4. The case where the measurement object is embedded in the concrete structure 100 has been described as an example. However, the functional element 51, the power source 52, the temperature sensor 53, the communication circuit 54, the antenna 55, and the oscillator 56 are provided outside the measurement object. May be.

１‥‥センサー装置 １Ａ‥‥センサー装置 ２‥‥本体 ２Ａ‥‥本体 ３‥‥第１の電極 ４‥‥第２の電極 ２１‥‥基板 ２２ａ‥‥導体部 ２２ｂ‥‥導体部 ２２ｃ‥‥導体部 ２３‥‥絶縁層 ２４‥‥封止部 ２５‥‥保護膜 ３ａ、３ｂ、３ｃ‥‥第１の電極 ３１‥‥不動態膜 ４ａ、４ｂ、４ｃ‥‥第２の電極 ４１‥‥不動態膜 ５１‥‥機能素子 ５２‥‥電源 ５３‥‥温度センサー ５４‥‥通信用回路 ５５‥‥アンテナ ５６‥‥発振器 ６１‥‥導体部 ６２‥‥導体部 １００‥‥コンクリート構造物 １０１‥‥コンクリート １０２‥‥鉄筋 ２４１‥‥開口部 ５１２‥‥変換回路 ５１３‥‥基板 ５１４‥‥差動増幅回路 ５１４ａ‥‥トランジスタ ５１４ｂ‥‥トランジスタ ５１４ｃ‥‥トランジスタ ５１４ｄ‥‥カレントミラー回路 ５１５ａ、５１５ｂ‥‥層間絶縁膜 ５１６ａ‥‥導体部 ５１６ｂ‥‥導体部 ５１６ｃ‥‥導体部 ５１６ｄ‥‥導体部 ５１６ｅ‥‥導体部 ５１６ｆ‥‥導体部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor apparatus 1A ... Sensor apparatus 2 ... Main body 2A ... Main body 3 ... 1st electrode 4 ... 2nd electrode 21 ... Substrate 22a ... Conductor part 22b ... Conductor part 22c ... Conductor Part 23 ... Insulating layer 24 ... Sealing part 25 ... Protective film 3a, 3b, 3c ... First electrode 31 ... Passive film 4a, 4b, 4c ... Second electrode 41 ... Passive Membrane 51 ... Functional element 52 ... Power supply 53 ... Temperature sensor 54 ... Communication circuit 55 ... Antenna 56 ... Oscillator 61 ... Conductor part 62 ... Conductor part 100 ... Concrete structure 101 ... Concrete 102 ... Reinforcing bars 241 ... Openings 512 ... Conversion circuit 513 ... Substrate 514 ... Differential amplification circuit 514a ... Transistor 514b ... Transistor 514c ... Transistor 51 4d ... Current mirror circuit 515a, 515b ... Interlayer insulation film 516a ... Conductor part 516b ... Conductor part 516c ... Conductor part 516d ... Conductor part 516e ... Conductor part 516f ... Conductor part

Claims (13)

第１の金属材料で構成された第１の電極と、
前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差を測定する機能を有する機能素子とを有し、
前記第１の金属材料は、測定部位の環境変化に伴って、表面に第１の不動態膜が形成するかまたは表面に存在した第１の不動態膜を消失する金属であり、
前記第１の不動態膜の有無により前記第１の電極と前記第２の電極との電位差が変化することを特徴とするセンサー装置。 A first electrode made of a first metal material;
A second electrode made of a second metal material that is provided apart from the first electrode and is different from the first metal material;
A functional element having a function of measuring a potential difference between the first electrode and the second electrode;
The first metal material is a metal in which the first passive film is formed on the surface or disappears from the first passive film existing on the surface in accordance with the environmental change of the measurement site.
A sensor device, wherein a potential difference between the first electrode and the second electrode changes depending on the presence or absence of the first passive film. 前記機能素子は、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象部位のｐＨあるいは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知する機能を有する請求項１に記載のセンサー装置。   The functional element has a function of detecting whether the pH or chloride ion concentration of the measurement target site is equal to or lower than a set value based on a potential difference between the first electrode and the second electrode. The sensor device according to 1. 前記第２の金属材料は、測定部位の環境変化に伴って、表面に第１の不動態膜が形成するかまたは表面に存在した第２の不動態膜を消失する金属であることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサー装置。   The second metal material is a metal in which the first passive film is formed on the surface or the second passive film existing on the surface disappears in accordance with the environmental change of the measurement site. The sensor device according to claim 1 or 2. 前記第１の金属材料は、測定部位のｐＨが第１のｐＨになったとき、表面に前記第１の不動態膜を形成するかまたは表面に存在した前記第１の不動態膜を消失する金属であり、
前記第２の金属材料は、測定部位のｐＨが第２のｐＨになったとき、表面に前記第２の不動態膜を形成するかまたは表面に存在した前記第２の不動態膜を消失する金属であり、
前記第１のｐＨと前記第２のｐＨとは異なる請求項３に記載のセンサー装置。 The first metal material forms the first passive film on the surface or disappears the first passive film existing on the surface when the pH of the measurement site becomes the first pH. Metal,
The second metal material forms the second passive film on the surface or disappears the second passive film existing on the surface when the pH of the measurement site becomes the second pH. Metal,
The sensor device according to claim 3, wherein the first pH and the second pH are different. 前記第１のｐＨは、８以上１０以下であり、
前記第２のｐＨは、７以下である請求項４に記載のセンサー装置。 The first pH is 8 or more and 10 or less,
The sensor device according to claim 4, wherein the second pH is 7 or less. 前記第１の金属材料は、測定部位の塩化物イオン濃度が第１の塩化物イオン濃度よりも大きい環境になったとき、前記第１の不動態膜を消失する金属であり、
前記第２の金属材料は、測定部位の塩化物イオン濃度が第２の塩化物イオン濃度よりも大きい環境になったとき、前記第２の不動態膜を消失する金属であり、
前記第１の塩化物イオンと前記第２の塩化物イオン濃度とは異なる請求項３に記載のセンサー装置。 The first metal material is a metal that disappears from the first passive film when the chloride ion concentration at the measurement site is larger than the first chloride ion concentration.
The second metal material is a metal that disappears from the second passive film when the chloride ion concentration at the measurement site is larger than the second chloride ion concentration.
The sensor device according to claim 3, wherein the first chloride ion concentration and the second chloride ion concentration are different. 前記第１の塩化物イオン濃度は、１．０ｋｇ／ｍ３以上１．５ｋｇ／ｍ３以下であり、前記第２の塩化物イオン濃度は、前記第１の塩化物イオン濃度よりも大きい請求項６に記載のセンサー装置。 The first chloride ion concentration is 1.0 kg / m 3 or more and 1.5 kg / m 3 or less, and the second chloride ion concentration is higher than the first chloride ion concentration. 6. The sensor device according to 6. 前記第１の金属材料は、鉄または鉄系合金である請求項１ないし７のいずれかに記載のセンサー装置。   The sensor device according to claim 1, wherein the first metal material is iron or an iron-based alloy. 前記第２の金属材料は、鉄または鉄系合金である請求項１ないし８のいずれかに記載のセンサー装置。   The sensor device according to claim 1, wherein the second metal material is iron or an iron-based alloy. 前記第２の金属材料は、不動態膜を形成しない請求項１または２に記載のセンサー装置。   The sensor device according to claim 1, wherein the second metal material does not form a passive film. 前記第１の金属材料は、ｐＨが８以上１０以下のｐＨよりも大きい環境下で前記第１の不動態膜を形成する請求項１０に記載のセンサー装置。   11. The sensor device according to claim 10, wherein the first metal material forms the first passive film in an environment having a pH higher than a pH of 8 or more and 10 or less. 前記第１の金属材料は、塩化物イオン濃度が１ｋｇ／ｍ３よりも大きい環境下で前記第１の不動態膜が消失する請求項１０に記載のセンサー装置。 11. The sensor device according to claim 10, wherein the first metal material loses the first passive film under an environment in which a chloride ion concentration is higher than 1 kg / m 3 . 前記基板と、
前記基板上に設けられ、第１の金属材料で構成された第１の電極と、
前記基板上に前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極と、
前記基板上に載置され、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差を測定する機能を有する機能素子と、
前記機能素子を覆う封止部とを有し、
前記第１の金属材料は、測定部位の環境変化に伴って、表面に第１の不動態膜が形成するかまたは表面に存在した第１の不動態膜を消失する金属であり、
前記第１の不動態膜の有無により前記第１の電極と前記第２の電極との電位差が変化することを特徴とするセンサー装置。 The substrate;
A first electrode provided on the substrate and made of a first metal material;
A second electrode made of a second metal material different from the first metal material, the second electrode being provided apart from the first electrode on the substrate;
A functional element mounted on the substrate and having a function of measuring a potential difference between the first electrode and the second electrode;
A sealing portion that covers the functional element;
The first metal material is a metal in which the first passive film is formed on the surface or disappears from the first passive film existing on the surface in accordance with the environmental change of the measurement site.
A sensor device, wherein a potential difference between the first electrode and the second electrode changes depending on the presence or absence of the first passive film.
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